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《华南理工大学》 2010年
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基于Clos多级交换结构及其调度算法的研究与仿真

杜小伟  
【摘要】: 随着业务流量的不断增长,交换网络的容量需要不断地进行升级,单级路由器由于受调度算法及IC实现复杂度的限制,无法应用于大规模可扩展路由器。因此,采用由多个交换单元构成的多级网络是目前常用的解决方案。另一方面,用于多级交换结构的传统调度算法往往忽视了输入业务的特性,如:不同速率端口的接入、时延或不同服务等级等特性。在支持可扩展性和满足QoS(Quality of Service)方面,还有待改进。 本文首先对单级交换结构进行了描述,在此基础上介绍了三级Clos交换网络的结构以及无阻塞条件。接着对三级Clos交换网络的路由问题进行了分析,进而引出了传统的Clos交换结构的调度算法:随机分配(RD: Random Dispatching)算法和并发轮循分配(CRRD: Concurrent Round-Robin Dispatching)算法。通过对算法实现步骤的分析,发现这两种算法实现时需要传递大量的控制信息,以及不能区分不同速率端口的接入。 针对传统算法存在的不足,本文提出了一种以业务特性为导向的调度算法-DBAA (Distributed Bandwidth Allocation Algorithm)。该算法主要通过输入端口VOQ的速度控制和输出端口的带宽分配协同配合来完成带宽分配和流量的拥塞控制。在输入级,算法需要实现的功能包括检测VOQ的状态变化,通过信元头把相应的状态信息携带到下行,并且当上行VOQ收到下行发送过来的速度控制信息后,调节发送速度;输出级需要完成下行总带宽的分配,并把分配的带宽信息发往上行。为了实现DBAA算法,需要对Clos三级交换结构进行改进:在输入级增加速度控制模块、队列管理器和时标排序器。在输出级的每个输出端口增加带宽分配模块。 最后,采用系统级建模语言SystemC对Clos交换网络进行了建模。仿真表明:DBAA算法能充分考虑业务特性和输出带宽进行调度,方便地支持负载均衡。与CRRD算法相比,DBAA算法在均衡流量和突发流量模式下,均能取得较小的平均时延,并且在均衡流量模式下能较快地取得100%的吞吐率。与传统的软件仿真相比,采用SystemC建模更能准确地反映出算法的时延特性,并且可以支撑软件的提前开发以及后续微架构的探索。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN915.05

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